Seit ein paar Jahren sind so genannte Perowskit-Solarzellen der neueste Trend in der Fotovoltaik. Die Zellen, die auf Materialien mit dem Perowskitgitter als Kristallstruktur basieren, erreichen schon jetzt Umwandlungseffizienzen im Bereich von 15 Prozent – etwa so viel wie die besten kommerziell erhältlichen Solarzellen. Dazu benötigten Forscher allerdings hochgiftige organische Bleiverbindungen, was es sehr umweltschädlich und sogar gefährlich machen würde, diese Zellen herzustellen und zu entsorgen. Ein Team um den Chemiker Mercouri Kanatzidis von der Northwestern University in Illinois hat deswegen nun ein Ersatzmaterial auf Basis des weniger giftigen Zinns entwickelt.

Die Perowskit-Solarzellen begeistern die Fotovoltaikszene mit einer ganzen Reihe wünschenswerter Eigenschaften, zum Beispiel sehr hoher Ladungsträgermobilität und vergleichsweise einfacher Herstellung. Besonders angenehm ist, dass dieser Materialtyp keine seltenen und teuren Spezialrohstoffe erfordert – lediglich ein Metallatom muss im Zentrum der für diese Struktur typischen Oktaeder aus Chlor, Brom oder Iod sitzen. Das war bisher Blei.

Umweltfreundlicher Halbleiter ohne Blei

Kanatzidis und sein Team setzten auf das chemisch mit dem Blei eng verwandte Zinn – und das Element erwies sich als geeignet. Der aus ihm gebildete Perowskit besitzt eine höhere Symmetrie als die korrespondierende Bleiverbindung, und seine elektrischen Eigenschaften entsprechen denen konventioneller Halbleiter mit vergleichbarer Bandlücke. Allerdings ist das neue Material empfindlich gegenüber Sauerstoff, so dass es etwas komplizierter zu verarbeiten ist als die stabileren Bleiverbindungen. Trotz dieses Nachteils sind die Forscher zuversichtlich, einen Weg zu umweltfreundlichen hocheffizienten Solarzellen gefunden zu haben.